KR101839271B1 - 원형 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 이차 전지내 가스켓의 위치에 따라 최적화된 물리적 성질을 갖는 고분자 수지를 이용함으로써, 전지 내에서 발생될 수 있는 발열에 의한 원형 전지의 안정성 저하를 최소화하고, 또 외부 충격 및 전지내 부피 변화에 대해 충분한 완충 효과를 나타낼 수 있는 탄성력을 가져 전지내 기밀성을 유지할 수 있는 원형 이차 전지를 제공한다.
Description
본 발명은 원형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스켓의 위치에 따라 최적화된 물성을 갖도록 함으로써, 전지 내에서 발생될 수 있는 발열에 의한 원형 이차 전지의 안정성 저하를 최소화하고, 또 외부 충격 및 전지내 부피 변화에 대해 충분한 완충 효과를 나타낼 수 있는 탄성력을 가져 전지내 기밀성을 유지할 수 있는 원형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충, 방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등의 전원에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다.
리튬 이온 이차 전지는 양극/분리막/음극이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 특히, 각형 또는 원형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 원형 캔 및 원형 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
전극 조립체는 각각 활물질이 도포된 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재시켜 권취한 젤리-롤 타입과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재시켜 순차적으로 적층시킨 스택 타입으로 분류된다. 여기서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있고, 특히 원형 또는 각형 전지의 원형 캔에 수납이 용이하므로 젤리-롤 타입의 전극 조립체가 널리 이용되고 있다. 한편, 스택 타입 전극 조립체는 파우치형 전지에 널리 이용되고 있다.
그런데, 이차 전지의 충, 방전 시, 전극 조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있고, 이러한 과정에서, 젤리-롤 타입 전극 조립체의 경우, 응력이 중심부로 집중되어 전극이 분리막을 뚫고 금속 센터 핀에 접촉됨으로써 내부 단락이 발생되는 경향이 있다. 이러한 내부 단락은 전지의 발열로 연결되어 유기 용매가 분해되어 가스를 발생시키게 되고, 전지 내부의 압력을 상승시켜 외장재가 파열될 수도 있다. 물론, 전지 내부의 가스 압력 상승은 외부 충격에 의한 내부 단락에 의해서도 발생될 수도 있다.
이와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위해, 이차 전지는 기본적으로 안전 소자를 구비한다. 특히, 원형 전지는, 고압 가스를 배출하는 안전밴트, 전지의 내압 상승시 전류를 차단하는 전류차단부재(Current Interrupt Device:CID) 등의 안전 장치들과 이들 장치들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑 캡(top-cap)을 포함하는 캡 조립체를 구비하고, 캡 조립체는 가스켓에 의해 원형 캔과 밀봉 결합된다. 또한 상기 캡 조립체의 테두리를 감싸는 가스켓 이외에, 원형 이차 전지는 상기 전류차단부재의 외주면을 감싸는 보조가스켓을 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 원형 전지에 이용되는 가스켓은 폴리프로필렌(PP)으로 구성되나, 상기 폴리프로필렌의 경우 고온에서 형태의 손상, 변형 등을 가져올 가능성이 있다. 특히, 원형 캔의 두께에 비해서 전지 단면이 큰 원형 전지를 고온 환경에 두는 경우 전해액 중에 저비점 용매가 기화하여 전지의 내부 압력을 증가시켜 전지 원형 캔을 팽창시키고, 더불어 전해액 자체의 누출과. 외부로부터의 공기 및 습기의 유입에 따른 내부 저항의 증가, 그 결과로서 전지 특성의 열화를 초래할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 내열성이 높은 가스켓, 밀봉제 등의 유기 전기 재료의 내열성을 향상시키는 노력이 또한 요구되고 있다.
특히 전류 차단부재를 감싸고 있는 상기 보조 가스켓은, 전류차단부재의 단락 및 단락 후 전류차단부재와 안전밴트의 연결을 차단하는 역할을 한다. 통상 원형 이차 전지에 있어서, 전류차단부재와 안전밴트가 존재하는 위치는 원형 전지의 내측이며, 양극 단자가 접하는 부위이다. 이 부위의 경우 고압의 가스가 발생하고 또한 전지 외부에서 쇼트로 인하여 고전류가 전지 내부로 흐르게 되면 전류차단부재에 높은 발열이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 보조 가스켓은 통상의 가스켓 보다 더욱 고온 환경하에 노출되며, 보조 가스켓이 손상되거나 변형이 되어 단락 후에도 안전밴트와 전류차단부재가 접촉할 가능성이 있으며 이 경우 전류가 차단되지 못하여 이상 충전 또는 방전 현상이 발생 할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 보조 가스켓의 내열성을 높이기 위한 연구가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 원형 이차 전지내 가스켓의 위치에 따라 최적화된 물성을 갖도록 함으로써, 전지 내에서 발생될 수 있는 발열에 의한 전지의 안정성 저하를 최소화하고, 또 외부 충격 및 전지내 부피 변화에 대해 충분한 완충 효과를 나타낼 수 있는 탄성력을 가져 전지내 기밀성을 유지할 수 있는 원형 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하는 원형 이차 전지로서, 상기 전극 조립체가 수납되는 원형 캔; 상기 원형 캔의 개방단에 위치하여 원형 캔을 밀봉하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전류차단부재; 상기 전류차단부재와 연결부를 통하여 연결되어, 상기 전류차단부재와 상기 탑 캡을 전기적으로 연결하되, 비 정상 전류로 인하여 상기 원형 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 연결부를 파단하여 전류의 흐름을 차단하는 안전밴트; 상기 전류차단부재의 외주면을 감싸며, 상기 전류차단부재와 상기 안전밴트의 연결부를 제외하고는 서로 전기적으로 절연되도록 하는 제1 가스켓; 및 상기 원형 캔과 상기 탑 캡 사이에 개재되는 제2 가스켓을 포함하며, 상기 제1 가스켓은 열변형 온도(heat deflection temperature, HDT)가 150℃ 내지 300℃인 고분자 수지를 포함하고, 상기 제2 가스켓은 굴곡탄성율이 300Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 15MPa 내지 60MPa인 고분자 수지를 포함하는 것인 원형 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 원형 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지모듈 및 전지 팩을 각각 제공한다.
본 발명에 따른 원형 이차 전지는, 가스켓의 위치에 따라 최적화된 물성을 가짐으로써, 전지 내에서 발생될 수 있는 발열에 의한 전지의 안정성 저하를 최소화할 수 있다. 특히 원형 이차 전지의 중심부에 위치하여, 상대적으로 고온에 더욱 노출될 수 있는 제1 가스켓의 고분자 수지로는 높은 열 변형 온도를 갖는 내열성 고분자 수지를 사용함으로써, 열변형에 의한 쇼트 발생 및 안전밴트와 전류차단 부재와의 접촉을 방지하고, 또 외부충격 및 전지 내 부피 변화에 대해 보다 직접적으로 접하게 되는 제2가스켓으로는 우수한 탄성력을 갖는 탄성 고분자를 포함함으로써 외부 충격 및 전지내 부피 변화에 대해 충분한 완충 효과를 나타내어 전지내 기밀성을 유지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원형 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 사용되는 가스켓을 도시한 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원형 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 사용되는 가스켓을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하는 원형 이차 전지로서,
상기 전극 조립체가 수납되는 원형 캔;
상기 원형 캔의 개방단에 위치하여 원형 캔을 밀봉하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전류차단부재;
상기 전류차단부재와 연결부를 통하여 연결되어, 상기 전류차단부재와 상기 탑 캡을 전기적으로 연결하되, 비정상 전류로 인하여 상기 원형 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 연결부를 파단하여 전류의 흐름을 차단하는 안전밴트;
상기 전류차단부재의 외주면을 감싸며, 상기 전류차단부재와 상기 안전밴트의 연결부를 제외하고는 서로 전기적으로 절연되도록 하는 제1 가스켓; 및
상기 원형 캔과 상기 탑 캡 사이에 개재되는 제2 가스켓을 포함하며,
상기 제1 가스켓은 열변형 온도가 150℃ 내지 300℃인 고분자 수지를 포함하고, 상기 제2 가스켓은 굴곡탄성율이 300Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 15MPa 내지 60MPa인 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있다.
이차 전지에 있어서 가스켓을 형성하는 고분자 수지에 대해 전기 절연성 및 탄력성과 함께, 통상 전지 내부의 고온 고습의 가혹한 조건에서 기밀성을 유지할 수 있는 고내열성, 내충격성 및 내구성의 기계적 특성, 그리고 전해액에 대한 내화학성이 요구된다. 종래 고분자 수지 소재의 가스켓의 경우, 대량 생산성 등에서 장점이 있었으나, 전해액에 대한 내화학성이 낮아 전해액 누액시 손상의 우려가 있고, 또, 내열성이 낮아 전지 내부의 고온 고습의 가혹한 조건에서 기밀성이 급격히 저하되는 문제가 있었다.
이에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지는 제1 가스켓과 제2 가스켓이 각각의 위치에서 요구되는 최적화된 물성, 구체적으로 상기한 조건의 열변형 온도 및 탄성율을 가짐으로써, 원형 전지에서 발생될 수 있는 발열, 그리고 외부충격 또는 전지내 부피 변화에 의한 원형 전지의 안정성 저하를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 원형 전지 내부에 위치하는 안전밴트 및 전류차단부재에서는 전지 중심부에서 고압의 가스가 발생하고, 특히 양극 리드가 연결되는 전류차단부재 부분은 전지 외부에서 쇼트 발생에 의한 고전류가 전지 내부로 통할 때에 가장 높은 발열이 발생하는 부위이다. 따라서 상기 전류차단부재를 감싸고 있는 제1 가스켓의 경우 상대적으로 제2 가스켓 보다 더 높은 열적 안정성이 필요하다. 구체적으로 상기 안전밴트가 전지 내부에서 발생하는 고압의 가스에 의하여 내부로 굽어 있는 형상이 상방으로 역전되어 상기 전류차단부재와 단락이 되고, 이 단락에 의하여 원형 이차 전지의 전류가 차단되는 원리이지만, 상기 전류차단부재를 감싸고 있는 제1 가스켓이 고열에 의하여 변형되거나, 손상되는 경우, 상기 안전밴트가 고압에 의해 형상이 역전되더라도 상기 전류차단부재와 일부 접촉할 가능성이 존재하게 된다. 이 경우 원형 이차 전지의 단락이 이루어지지 않기 때문에 통전(通電)으로 인한 이상 충전 및 방전이 발생할 수 있으며, 그 결과로서 해당 원형 전지가 발화 또는 폭발의 가능성이 존재할 수 있다.
이에 따라, 원형 이차 전지 내부에서 고내열성이 요구되는 제1 가스켓의 경우, 높은 열적 특성을 갖도록 함으로써, 원형 이차 전지의 고온 환경 하에서의 안정성을 효율적으로 향상시킬 수 있다. 한편, 외부와의 밀봉성이 강조되는 제2가스켓의 경우, 우수한 탄성율과 함께 인장강도를 갖도록 함으로써, 원형 이차 전지내 전극조립체의 부피 변화에 대해 완충효과를 나타내는 동시에 전지내 기밀성을 유지할 수 있고, 또 가스켓으로서 요구되는 충분한 기계적 강도를 나타냄으로써 물리적 충격에 대한 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 가스켓의 고분자 수지는 열변형 온도가 150℃ 내지 300℃, 보다 구체적으로는 150 내지 260℃이고, 상기 제2 가스켓의 고분자 수지는 굴곡탄성율이 300Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 15MPa 내지 60MPa, 보다 구체적으로는 굴곡탄성율이 600Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 25MPa 내지 50MPa일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 가스켓의 고분자 수지 및 제2 가스켓의 고분자 수지는 상기한 열변형 온도 및 굴곡탄성율과 인장강도의 조건을 충족하는 범위내에서, 제1 가스켓의 고분자 수지가 제2 가스켓의 고분자 수지에 비해 높은 열변형 온도를 가지고, 상기 제2 가스켓의 고분자 수지는 제1 가스켓의 고분자 수지에 비해 높은 굴곡탄성율을 갖는 것일 수 있다. 상기와 같은 물성적 차이를 충족할 때 제1 가스켓 및 제2 가스켓의 조합 구성에 따른 보다 현저한 가스켓 손상 방지 및 전지 기밀성 유지 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 있어서, 열변형 온도는 ASTM D648에 의거하여 측정될 수 있고, 또 굴곡탄성율은 ASTM D790에 의거하여, 그리고 인장강도는 ASTM-D638에 의거하여 측정될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 가스켓 및 제2 가스켓의 고분자 수지는 상기한 물성적 요건을 충족하는 열가소성 수지일 수 있으며, 구체적으로는 상기 제1 가스켓의 고분자 수지는 열변형 온도가 150℃ 내지 300℃인 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 나일론 6,6으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것이고, 상기 제2 가스켓의 고분자 수지는 굴곡탄성율이 300Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 15MPa 내지 60MPa이며, 열변형 온도가 120℃ 내지 260℃인 폴리프로필렌(PP), 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 가스켓의 고분자 수지는 연신율이 40% 이상이고, 제2 가스켓의 고분자 수지는 연신율이 100% 이상인 것일 수 있다. 상기한 열변형 온도와 탄성율, 더 나아가 상기 인장강도와 함께, 연신율이 상기 범위의 조건을 충족할 때, 가스켓으로서 요구되는 충분한 기계적 강도를 나타냄으로써 물리적 충격에 대한 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 연신율은 ASTM D638에 의거하여 측정될 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 및 제2가스켓의 고분자 수지는 상기한 열변형 온도, 탄성율 및 인장강도의 범위를 충족하는 조건 하에서, 상기 제1 가스켓의 고분자 수지는 용융점이 220℃ 내지 350℃이고, 제2 가스켓의 고분자 수지는 용융점이 150℃ 내지 320℃인 것일 수 있다. 이와 같이 상기한 물성 조건에 더하여 상기한 용융점 범위를 충족하는 경우, 이차 전지 내부의 전기적 단락이나 외부 환경에 의한 이상 과열시에도 융점 이하에서는 고분자 수지의 유동성이 발현되지 않아, 가스켓이 캡 조립체와 접촉하는 부위에서 구조의 변형 등이 억제되고, 그 결과 가스켓의 기밀성이 개선될 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 용융점은 ASTM D3418에 의거하여 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 있어서, 상기 제1 및 제2가스켓의 고분자 수지는 상기한 열변형 온도, 탄셩율 및 인장강도의 범위를 충족하는 조건 하에서, 상기 제1 가스켓 및 제2 가스켓의 고분자 수지는 각각 독립적으로 쇼어 경도(Shore Hardness, D-scale) 기준으로 150D 이하, 또는 40D 내지 100D, 또는 60D 내지 90D의 경도를 갖는 것일 수 있다. 또, R-scale을 기준으로 각각 90R 내지 120R의 경도를 나타낼 수 있다. 이와 같이 상기한 물성 조건에 더하여 상기 제1 및 제2 가스켓의 고분자 수지의 경도가 상기한 범위를 만족하는 경우, 가스켓이 캡 조립체와의 접촉시 틈새가 벌어지지 않고, 밀착성이 개선되며, 이차 전지의 조립시에도 파손의 위험성이 적어질 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 경도 중 D-scale의 쇼어경도는 ASTM D2240의 방법으로, R-scale의 경도는 ASTM D785에 의거하여 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지에 있어서, 각각의 위치에 따른 물성이 최적화된 제1 및 제2 가스켓 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 제1 가스켓은 열변형 온도가 150℃ 내지 260℃이고, 연신율이 40% 이상이며, 용융점이 220℃ 내지 350℃인 고분자 수지를 포함하고; 상기 제2 가스켓은 굴곡탄성율이 600Mpa 내지 2000Mpa이고, 인장강도가 25MPa 내지 50MPa이며, 연신율이 100% 이상이고, 용융점이 150℃ 내지 320℃인 고분자 수지를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지(100)는, 전해액과 함께 전극 조립체(10)를 수납하는 원형 캔(20)과, 상기 원형 캔(20)의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체(30)를 포함한다.
상기 원형 이차 전지에 있어서, 상기 원형 캔(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통 구조를 가진다. 원형 캔(20)의 내부 공간에는 전극 조립체(10)와 전해액(미도시)이 수용된다.
또, 상기한 원형 캔(20) 내에 충진되는 상기 전해액은 이차 전지(100)의 충, 방전 시 전극판(11)의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액; 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다.
또, 상기한 원형 캔(20) 내에 수납되는 전극 조립체(10)는 서로 극성이 다르고 롤 형태의 넓은 판형을 가진 두 개의 전극판들(11)과, 이러한 전극판들(11)을 상호 절연시키기 위해 전극판들(11) 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극판(11)의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막(12)를 구비한 적층 구조체 일 수 있다. 또 상기 적층 구조체는 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 권취될 수도 있다. 물론, 소정 규격의 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층된 형태일 수도 있다. 두 개의 전극판들(11)은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성된다. 용매는 후속 공정에서 제거된다. 전극판(11)이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판(11)에 대응되는 한 쌍의 리드가 부착된다. 전극 조립체(10)의 상단에 부착되는 제1 리드(13)는 캡 조립체(30)에 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(10)의 하단에 부착되는 제2 리드(미도시)는 원형 캔(20)의 바닥에 연결된다. 물론, 제1 리드(13)와 제2 리드는 모두 캡 조립체(30) 방향으로 인출될 수도 있다. 전극 조립체(10)는 원형 캔(20)의 바닥부에 설치된 제1 절연판(미도시) 위에 배치되고, 전극 조립체(10)의 상단에는 제2 절연판(미도시)이 배치되는 것이 바람직하다. 제1 절연판은 전극 조립체(10)와 원형 캔(20)의 바닥부 사이를 절연시키고, 제2 절연판은 전극 조립체(10)와 캡 조립체(30) 사이를 절연시킨다.
한편, 상기한 원형 캔(20)의 중앙에는 젤리롤 형태로 권취된 전극 조립체(10)가 풀리는 것을 방지하고 이차 전지(100) 내부의 가스의 이동 통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 삽입될 수도 있다. 원형 캔(20)의 상부 즉, 전극조립체(10)의 상단 윗 부분에는 외부에서 내측으로 가압 절곡 형성된 비딩부(24)가 마련되어 전극 조립체(10)의 상, 하 방향의 유동을 방지할 수 있다.
또, 상기 원형 이차 전지에 있어서, 캡 조립체(30)는 가스켓을 개재시켜 밀폐된 상태에서 원형 캔(20)의 개방부에 조립되는 것으로서, 상기 원형 캔의 개방단에 위치하여 원형 캔을 밀봉하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡(32); 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전류차단부재 (38); 그리고 상기 전류차단 부재와 연결부를 통하여 연결되어, 상기 전류차단부재와 상기 탑 캡을 전기적으로 연결하되, 비 정상 전류로 인하여 상기 원형 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 연결부를 파단하여 전류의 흐름을 차단하는 안전밴트(36)를 포함한다.
상기 캡 조립체(30)에 있어서, 탑 캡(32)은 외부와 전기적으로 접속되도록 형성된 전극 단자(미도시)를 갖는다.
또, 상기 캡 조립체(30)에 있어서, 상기 안전밴트(36)는 절곡되어 탑 캡(32)의 외주면을 감싸는 형태로 이루어져 있으며, 상기 안전밴트(36)는 중앙에 볼록하게 돌출되어 전류차단부재(CID: current InterruptDevice)(38)에 용접된다.
상기 안전밴트(36)는 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 역할을 하며, 금속 재질일 수 있다. 안전밴트(36)의 두께는 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 전지 내부의 소정의 고압 발생시 파열되면서 가스 등을 배출할 수 있다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 0.2 내지 0.6 mm일 수 있다. 또, 상기 안전밴트(36)와 접촉되는 탑 캡(32) 부위의 두께는, 외부로부터 인가되는 압력으로부터 캡 조립체의 여러 구성 요소들을 보호할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 0.3 내지 0.5mm일 수 있다. 탑 캡(32) 부위의 두께가 너무 얇으면 소정의 기계적 강성을 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 크기 및 중량 증가에 의해 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 우려가 있다.
또, 상기 캡 조립체(30)에 있어서, 상기 전류차단부재(38)는 이차 전지(100)의 내부 압력에 의해 안전밴트(36)와 함께 변형될 수 있는 것으로서, 전류차단부재((Current Interrupt Device, CID) 가스켓 및 CID 필터로 구분될 수도 있다.
또, 상기 원형 이차 전지에 있어서, 캡 조립체(30)는 안전밴트(36)와 탑 캡(32) 사이에 PTC(positive temperature coefficient) 소자(34)를 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 캡 조립체(30)는 상기 원형 캔(20)의 개방단을 밀봉하고 상기 가스켓의 돌출부에 접촉되도록 배치된 탑 캡(top cap)(32), 상기 탑 캡(32)에 접촉되도록 배치된 PTC 소자(34), 그리고 일면은 상기 PTC 소자(34)에 접촉되고 타면의 일부는 상기 가스켓의 요철부에 접촉되도록 배치되고, 상기 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된 안전밴트(36)를 구비할 수 있다.
상기 PTC 소자(34)는 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 역할을 하고, 이러한 PTC 소자(34)의 두께 역시 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 0.2mm 내지 0.4mm일 수 있다. PTC 소자(34)의 두께가 0.4mm 보다 두꺼우면 내부 저항이 상승하고, 전지의 크기를 증가시켜 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 수 있다. 반대로, PTC 소자의 두께가 0.2mm 보다 얇으면, 고온에서 소망하는 전류 차단 효과를 발휘하기 어렵고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있다. 따라서, PTC 소자(34)의 두께는 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 상기 두께 범위 내에서 적절히 결정될 수 있다. PTC 소자(34)와 접촉되는 탑 캡(32) 부위의 두께는, 외부로부터 인가되는 압력으로부터 캡 조립체(30)의 여러 구성 요소들을 보호할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 0.3 내지 0.5mm일 수 있다. 탑 캡(32) 부위의 두께가 너무 얇으면 기계적 강성을 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 크기 및 중량 증가에 의해 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 우려가 있다.
이렇게 탑 캡(32), PTC 소자(34), 및 안전밴트(36)를 구비한 캡 조립체(30)를 포함하는 원형 이차 전지(100)는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용될 수 있다. 다만, 탑 캡, PTC 소자, 및 안전밴트를 구비한 구조의 리튬 이차 전지는 순간적으로 높은 출력을 제공하기 어려울 수 있고, 진동 등과 같은 외부 충격시 접촉면의 저항이 변화되어 균일한 출력을 제공하는데 다소 어려움이 있을 수 있다. 구체적으로 살펴보면, PTC 소자는 일반적으로 상온에서도 대략 7 내지 32 mΩ 정도의 전기 저항을 나타내며 더욱이 온도의 상승으로 가파른 저항 상승을 유발하고, 그 결과, 순간적으로 높은 출력을 제공하는데 큰 저해요인으로 작용할 수 있기 때문이다. 또한, 진동 등의 외부 충격시 탑 캡, PTC 소자, 안전밴트의 접촉면은 저항의 변화가 매우 커지므로 균일한 출력을 제공하지 못할 수 있기 때문이다.
또, 상기 원형 이차 전지는 상기 전류차단부재(38)의 외주면을 감싸며, 상기 전류차단부재(38)와 상기 안전밴트(36)의 연결부를 제외하고는 서로 전기적으로 절연되도록 하는 제1 가스켓(42); 및 상기 원형 캔(20)과 캡 조립체(30) 사이, 보다 구체적으로는 상기 원형 캔(20)과 상기 탑 캡(32) 사이에 개재되는 제2 가스켓(40)을 각각 포함한다. 상기 제1 가스켓(42) 및 제2 가스켓(40)을 구성하는 고분자 수지의 종류 및 특징은 앞서 설명한 바와 동일하다.
구체적으로, 상기 제1 가스켓(42)은 전류차단부재용 가스켓으로서 전류차단부재(38)의 외주면을 감싸도록 구성된다. 특히, 상기 제1 가스켓(42)은, 전류차단부재(38)의 외주면에서 상부와 측면부에 접촉되어, 전류차단부재(38)의 상부 및 측면부를 지지한다. 그리고, 제1 가스켓(42)은 안전밴트(36)의 돌출 부분과 전류차단부재(38)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(38)와 안전밴트(36)가 서로 전기적으로 절연되도록 하는 역할을 한다.
또, 상기 제2 가스켓(40)은 전체적으로 양단이 개방된 원통 형태를 이루며, 원형 캔(20)의 내면을 향하는 일 측단은 원형 캔(20)의 개방부 즉, 클램핑 부위에 놓여지도록 중심부를 향해 직각으로 절곡된 구조가 바람직하다. 제2 가스켓(40)의 다른 쪽 선단은 최초에는 직선으로 펴져 원형 제2 가스켓(40)의 축방향으로 향하고 있으며, 원형 캔(20)와의 가압 공정시 중심부를 향해 직각으로 절곡되어 내주면과 외주면이 각각 캡 조립체(30) 탑 캡과 원형 캔(20)의 내측면에 밀착된 상태로 접하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 제2 가스켓(40)은 안전밴트(36)의 하면에 접촉되는 제2가스켓(40)의 면에 형성된 요철부(50), 및 탑 캡(32)의 상면에 접촉되는 제2가스켓(40)의 면에 형성된 돌출부(60)를 구비할 수 있다.
상기 캡 조립체(30)와 제2 가스켓(40) 사이의 계면 부위, 특히 제2 가스켓(40)과 안전밴트(36) 사이의 계면 부위는, 전해액 또는 가스 등의 누출 가능성이 높기 때문에, 요철부(50)가 형성됨으로써, 안전밴트가 단락될 때까지 그들의 계면에서 전해액 또는 가스 등이 누출되는 것을 방지하여 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 요철부(50)는, 기계적 프레스 공정(크램핑 공정)에 의해 캡 조립체(30)가 제2 가스켓(40)을 개재시켜 전지의 원형 캔과 조립될 때, 캡 조립체와 제2 가스켓 사이의 결합력을 향상시킨다. 그 이유는, 제2 가스켓(40)의 상면과 하면에 요철을 주어 금속성의 탑 캡(32)과 안전밴트(36)와의 접촉 면적을 증가시켜 캡 조립체(30)와 제2 가스켓(40) 사이의 밀착성이 더 높아지기 때문이다.
또, 상기 요철부(50)는 가스켓에 접촉되는 캡 조립체(30)의 면에도 더 형성될 수 있다. 이렇게 접촉하는 제2 가스켓(40)과 캡 조립체(30) 모두의 면에 요철부가 형성되면 양 자간의 결합성은 더 증가되어, 캔-부분 누액을 방지할 수 있다.
상기 요철부(50)는 제2 가스켓(40)과 캡 조립체(30) 사이의 결합력을 공고히 할 수 있는 구조이면 되고, 그 위치, 크기, 형상 등에 특별한 제한을 두어서는 아니 된다. 다만, 요철부는 삼각형, 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형의 단면 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 돌출부(60)는 단면이 삼각형, 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형일 수 있고, 전지의 원형 캔과 조립될 때, 제2 가스켓과 캡 조립체의 상면, 즉 탑 캡과 접촉하여, 돌출부로 인해 제2 가스켓의 접촉 면적이 증가하고 돌출부가 다른 부분에 비해 많이 압축되기 때문에, 접촉되는 계면 사이의 결합력, 밀착성(고정성) 및 형태 교합성을 향상시킬 수 있다. 또한, 돌출부는 계면 사이의 결합력 및/또는 밀착성을 더욱 향상시키기 위해 돌기의 끝 부분에 통상의 낚시 바늘 형태의 미늘부가 형성될 수 있다.
이와 같이 제2가스켓이 요철부(50) 및 돌출부(60)를 가질 때, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 밴트는 일면은 상기 탑캡의 측면, 상면 및 하면 모두에 접촉되고, 타면은 가스켓의 요철부 및 돌출부에 접촉되도록 절곡되어 배치될 수 있다. 원형의 이차 전지에서의 캡 조립체가 상기한 바와 같은 구조를 가진 안전밴트를 포함할 경우, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우에는 순간적으로 높은 출력을 제공할 수 있고 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있다.
또, 안전밴트(36)가 절곡되어 탑 캡(32)을 감싸는 형태의 캡 조립체(30)에서는 안전밴트와 탑 캡의 접촉면은 한 곳 이상의 연결부를 형성할 수 있으며, 상기 연결부는 용접 등에 의하여 형성된다. 본 발명에 사용된 용어 "용접"은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등의 문언적 의미에서의 용접뿐만 아니라, 납땜 등의 체결방법 등을 또한 포함하는 개념으로 사용되고 있다. 용접은 캡 조립체 자체의 조립과정에서 행해질 수도 있고, 캡 조립체를 캔에 설치한 상태에서도 행해질 수 있다. 이러한 용접부를 갖는 안전밴트의 상면은 평활한 표면을 갖지 못하고, 다소 불규칙한 요철 표면을 띌 수 있으므로, 상기 가스켓의 상단 종횡면에 구비된 돌출부는 이러한 요철 표면과 단단히 결속하여 전해액 등의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 2를 참조하면, 캡 조립체(30)의 제2 가스켓(40)은 하단부가 전류차단부재(38)의 하부까지 연장되어, 제2 가스켓(40)의 하단부가 전류차단부재(38)의 하부를 감싸는 구조를 갖는다. 따라서, 제2 가스켓(40)이 제1 가스켓(42)과 함께 전류차단부재(38)를 지지함과 동시에 이를 보호하게 된다. 더욱이, 이러한 제2 가스켓(40)의 구조에 의하면, 원형 캔(20)의 측면에 충격이 인가되어 원형 캔(20)가 안쪽으로 변형되는 경우, 제2 가스켓(40)의 하단부가 전류차단부재(38)의 하부에서 안쪽으로 더욱 이동하게 되므로, 제2 가스켓(40)이 전류차단부재(38)의 하부를 보다 확실하게 감싸 지지하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제2 가스켓의 가압 공정 전후의 단면을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 제2 가스켓(40)은 다른 쪽 선단은 최초에는 직선으로 펴져 원형 제2 가스켓(40)의 축방향으로 향하고 있으며, 원형 캔(20)와의 가압 공정시 중심부를 향해 직각으로 절곡되어 서로 대향하는 하면 상에 2개 이상의 요철 구조로 이루어진 요철부(50) 및 상면 상에 하나의 돌출부(60)를 구비하고 있다. 상기 요철부(50) 및 돌출부(60)는 전지의 조립 과정에서 탑 캡 또는 안전밴트와의 긴밀한 결착이 이루어져 압착되는 관계로 실제로는 관찰되지 않을 수도 있다.
원형 이차 전지에 있어서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체의 양극 호일에 용접된 양극 리드는 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 탑 캡 상단의 돌출 단자에 연결되며, 음극 호일에 용접된 음극 리드는 원형 캔의 밀폐단에 용접되어 원형 캔 자체가 음극 단자를 구성한다. 전극 조립체가 원형 캔에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 원형 캔의 개방단에 캡 조립체를 장착하여 밀봉시키면 이차 전지의 조립이 완성된다.
*본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차 전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성이 높은 리튬(이온) 이차 전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염을 함유한 비수 전해액 등으로 구성된다. 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 참가하기도 한다. 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라 전술한 성분들이 더 포함될 수도 있다. 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가진 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 구성되며, 비수 전해액은 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. 여기서, 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 널리 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-1 내지 실시예 2-4
*Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 탑 캡 및 원형 케이스를 제작하고, 원형 케이스 전극 조립체를 장착한 다음, 전극 조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원형 케이스에 비딩 공정을 행하여 클림핑 부위를 형성하고, 클림핑 부위의 내측면에 하기 표 1에 기재된 고분자 수지로 이루어지고, 절곡된 내주면의 하면 상에 삼각형 단면의 요철을 3개 가진 요철부와 상면 상에 삼각형 단면의 돌출부를 구비한 제2 가스켓을 삽입하였다.
이후 여기에 전류차단부재를 장착하고 상기 전류차단 소자의 테두리 부분에 하기 표 1에 기재된 고분자 수지로 이루어진 제1 가스켓을 장착하였다. 이후 상기 전류차단부재를 레이저 용접을 통해 안전밴트와 결합하였다. 이때, 용접은 일반적인 정격 용접 파워보다 약 5% 정도 높은 파워로 실시하였다. 그런 다음, PTC 소자 및 탑 캡을 장착하고, 캔의 상단을 내측으로 절곡한 다음, 클림핑 및 가압 공정을 행하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원형 이전전지를 제작하였다.
비교예 1-1 내지 비교예 3-7
하기 표 1에서와 같은 물성적 특징으로 갖는 고분자 수지의 제1 및 제2 가스켓을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원형 이차 전지를 제작하였다.
실험예: 내열성 및 전해액 누액 발생 여부 평가 실험
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 원형 이차 전지를 200℃에서 1시간 동안 고온 보관 챔버에 보관하여 내열성 평가를 하였다. 또, 전해액의 누액 여부를 확인하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 제1가스켓 고분자 수지 | 제2가스켓 고분자 수지 | 단락(전류차단) 여부 | 전해액 누액여부 | |
| 실시예 1-1 | PFA | PP | 단락 | 누액 미발생 |
| 실시예 1-2 | PBT | 단락 | 누액 미발생 | |
| 실시예 1-3 | PPS | 단락 | 누액 미발생 | |
| 실시예 1-4 | Nylon 6,6 | 단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 1-1 | PP | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 1-2 | TPEE | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 1-3 | PET | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 실시예 2-1 | PFA | PBT | 단락 | 누액 미발생 |
| 실시예 2-2 | PBT | 단락 | 누액 미발생 | |
| 실시예 2-3 | PPS | 단락 | 누액 미발생 | |
| 실시예 2-4 | Nylon 6,6 | 단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 2-1 | PP | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 2-2 | TPEE | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 2-3 | PET | 미단락 | 누액 미발생 | |
| 비교예 3-1 | PFA | PET | 미단락 | 누액 발생 |
| 비교예 3-2 | PBT | 미단락 | 누액 발생 | |
| 비교예 3-3 | PPS | 미단락 | 누액 발생 | |
| 비교예 3-4 | Nylon 6,6 | 미단락 | 누액 발생 | |
| 비교예 3-5 | PP | 미단락 | 누액 발생 | |
| 비교예 3-6 | TPEE | 미단락 | 누액 발생 | |
| 비교예 3-7 | PET | 미단락 | 누액 발생 |
상기 실시예 및 비교예의 가스켓 제조에 사용된 고분자 수지의 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
| PP | PFA | PBT | TPEE | PET | PPS | Nylon 6,6 | |
| 열변형온도 (℃) |
124 | 260 | 154 | 117 | 70 | 170 | 225 |
| 용융점 (℃) | 165 | 306 | 225 | 208 | 253 | 280 | 260 |
| 굴곡탄성율(MPa) | 1340 | 600 | 2000 | 358 | 6500 | 2200 | 2200 |
| 인장강도 (MPa) | 28 | 32 | 48 | 18 | 80 | 70 | 65 |
| 연신율(%) | >400 | 410 | 100 | >400 | 59 | 50 | 40 |
| 경도 (R-scale, D-scale) |
92R | 60D | 118R | 65D | 110R | 118R | 113R |
상기 표 2에서, 열 변형 온도는 ASTM D648에 의거하여 측정하였다.
또, 용융점은 ASTM D3418에 의거하여 측정하였다.
또, 굴곡탄성율은 ASTM D790에 의거하여 측정하였다.
또, 인장강도 및 연신율은 ASTM-D638에 의거하여 측정하였다.
또, 경도에 있어서 D-scale의 쇼어경도는 ASTM D2240의 방법으로, 그리고 R-scale의 경도는 ASTM D785에 의거하여 측정하였다.
실험 결과, 본 발명에서 제시한 물성적 요건을 충족하는 제1 및 제2가스켓을 포함하는 실시예 1-1 내지 1-3, 그리고 실시예 2-1 내지 2-4의 원형 이차 전지들은 모두 가스켓 형상을 그대로 유지하였으며, 케이스와 탑 캡 접촉에 의한 쇼트 및 전해액 누액이 발생하지 않았다. 그러나, 상기한 물성적 요건을 충족하지 않는 비교예 1-1 내지 1-3 및 비교예 2-1 내지 2-3의 원형 이차 전지들은 가스켓이 녹아서 케이스와 탑 캡이 접촉이 일어나 쇼트가 발생하였다. 또, 굴곡탄성율 및 인장강도의 조건을 충족하지 않는 PET를 제2 가스켓 수지로 사용한 비교예 3-1 내지 3-7에서는 제1 가스켓의 수지 종류에 상관없이 전해액 누액이 관찰되었다.
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 전극 조립체 11 전극판들
12 분리막 13 제1 리드
14 제2 절연판 20 원형 캔
24 비딩부 30 캡 조립체
32 탑 캡 34 PTC 소자
36 안전밴트 38 전류차단부재
40 제2 가스켓 42 제1 가스켓
50 요철부 60 돌출부
100 원형 이차 전지
12 분리막 13 제1 리드
14 제2 절연판 20 원형 캔
24 비딩부 30 캡 조립체
32 탑 캡 34 PTC 소자
36 안전밴트 38 전류차단부재
40 제2 가스켓 42 제1 가스켓
50 요철부 60 돌출부
100 원형 이차 전지
Claims (10)
- 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하는 원형 이차 전지로서,
상기 전극 조립체가 수납되는 원형 캔;
상기 원형 캔의 개방단에 위치하여 원형 캔을 밀봉하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전류차단부재;
상기 전류차단부재와 연결부를 통하여 연결되어, 상기 전류차단부재와 상기 탑 캡을 전기적으로 연결하되, 비정상 전류로 인하여 상기 원형 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 연결부를 파단하여 전류의 흐름을 차단하는 안전밴트;
상기 전류차단부재의 외주면을 감싸며, 상기 전류차단부재와 상기 안전밴트의 연결부를 제외하고는 서로 전기적으로 절연되도록 하는 제1 가스켓; 및
상기 원형 캔과 상기 탑 캡 사이에 개재되는 제2 가스켓을 포함하며,
상기 제1 가스켓은 열변형 온도가 150℃ 내지 300℃인 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 나일론 6,6으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 제2 가스켓은 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 원형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가스켓의 고분자 수지는 연신율이 40% 이상이고, 제2 가스켓의 고분자 수지는 연신율이 100% 이상인 것인 원형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 가스켓은 상기 제1 가스켓 및 상기 전류차단부재의 하부면을 감싸는 것인 원형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 가스켓은 상기 원형 캔의 상단과 캡 조립체 사이에 대향하는 상부 및 하부 횡방향면을 갖도록 절곡되어 개재되고,
상기 가스켓의 하부 횡방향면의 내주부에는 요철부가 형성되어 있고, 상부 횡방향 면의 내주부에는 돌출부가 형성되어 있고, 상기 요철부 및 상기 돌출부 사이에 상기 안전밴트의 테두리가 삽입되어 끼워져 있는 것인 원형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 요철부 및 상기 돌출부가 각각 독립적으로 삼각형, 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형의 단면 구조를 가지는 원형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 요철부 또는 상기 돌출부가 미늘부를 더 포함하는 원형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 PTC 소자를 더 포함하는 원형 이차 전지. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 원형 이차 전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈.
- 제8항에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩.
- 제9항에 있어서,
상기 전지팩은 파워 툴, 전기차, 하이브리드 전기차, 플러그인 하이브리드 전기차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어지는 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것인 전지팩.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |